工程机械设计_吴永平_第三篇工程机械整机设计第五章沥青混凝土搅拌设备

1、第五章第五章 沥青混合料搅拌设备沥青混合料搅拌设备第一节第一节 结构及工作原理结构及工作原理第二节第二节 沥青混合料搅拌设备总体设计沥青混合料搅拌设备总体设计 第三节第三节 主要工作装置设计主要工作装置设计 沥青路面施工中主要配套机械设备之一。沥青路面施工中主要配套机械设备之一。 功能是将一定温度下不同粒径的集料（骨料）、填料（矿功能是将一定温度下不同粒径的集料（骨料）、填料（矿粉）和一定温度下的沥青（结合料），按适当的比例要求，粉）和一定温度下的沥青（结合料），按适当的比例要求，搅拌而制成符合施工技术规范的沥青混合料。搅拌而制成符合施工技术规范的沥青混合料。 按照工艺流程：间歇强制式，连续滚

2、筒式按照工艺流程：间歇强制式，连续滚筒式 按照机动性能：固定式，移动式按照机动性能：固定式，移动式 按照产量大小：小型（按照产量大小：小型（40t/h ），中型（），中型（60120t/h），）， 大型（大型（160320t/h），特大型（），特大型（320t/h）用用 途：途：分分 类：类：模块式搅拌设备模块式搅拌设备 因为有二次计量和筛分，能保证集料级配，集料和沥青比例精度高；因为有二次计量和筛分，能保证集料级配，集料和沥青比例精度高；间歇强制式搅拌的搅拌质量好，可容易随时改变级配和油石比；间歇强制式搅拌的搅拌质量好，可容易随时改变级配和油石比； 生产效率低；热料提升、筛分、热料仓等装置使

3、设备结构复杂，占地生产效率低；热料提升、筛分、热料仓等装置使设备结构复杂，占地面积大；热骨料在输送筛分过程中有热量损失，增加燃料消耗；干燥滚筒面积大；热骨料在输送筛分过程中有热量损失，增加燃料消耗；干燥滚筒排放的废气含尘量高，需庞大的除尘系统。排放的废气含尘量高，需庞大的除尘系统。热料提升机加热热料提升机加热 搅拌器加热搅拌器加热 第二烘干筒厂拌热再生设备第二烘干筒厂拌热再生设备 热风加热式热风加热式火焰加热式火焰加热式第一节第一节 结构与工作原理结构与工作原理1. 1. 冷骨料配料及供给装置冷骨料配料及供给装置3 3热骨料提升机热骨料提升机2. 2. 冷骨料烘干加热系统冷骨料烘干加热系统4.

4、 4. 骨料筛分及贮料装置骨料筛分及贮料装置7 7称量称量搅拌系统搅拌系统9 9除尘系统除尘系统5 5矿粉贮存及供给装置矿粉贮存及供给装置6 6沥青贮存及供给装置沥青贮存及供给装置8. 8. 成品料输送贮存装置成品料输送贮存装置1010电气控制系统电气控制系统1.1.冷骨料配料及供给装置冷骨料配料及供给装置 不同粒径规格的冷骨料在进入干燥滚筒之前应进行初配，以不同粒径规格的冷骨料在进入干燥滚筒之前应进行初配，以保证沥青混合料生产的连续性，沥青混合料级配和骨料加热温度保证沥青混合料生产的连续性，沥青混合料级配和骨料加热温度的稳定性。因此冷骨料配料的精确度和自动化程度已成为搅拌设的稳定性。因此冷骨

5、料配料的精确度和自动化程度已成为搅拌设备技术先进性的一个重要指标。备技术先进性的一个重要指标。 组成：料斗，给料器，输送机组成：料斗，给料器，输送机往复式给料器往复式给料器电磁振动式给料器电磁振动式给料器带式给料器带式给料器板式给料器板式给料器2. 2. 冷骨料烘干加热系统冷骨料烘干加热系统 干燥滚筒干燥滚筒的功能是将冷骨料加热脱水并升温到必要工作温度，的功能是将冷骨料加热脱水并升温到必要工作温度，以保证级配骨料的计量精确度以及便于沥青更好地裹敷骨料，使以保证级配骨料的计量精确度以及便于沥青更好地裹敷骨料，使成品料具有良好的摊铺性能。加热温度一般为成品料具有良好的摊铺性能。加热温度一般为150

6、150170170。 加热装置加热装置的功能是为湿冷骨料烘干、加热提供热源。的功能是为湿冷骨料烘干、加热提供热源。干燥滚筒不同传动方式特点的对比干燥滚筒不同传动方式特点的对比项目项目齿轮式齿轮式链条式链条式摩擦式摩擦式适用范围适用范围小型小型中型中型大型或特大型大型或特大型传递功率传递功率较小较小中等中等较大较大传动平稳性传动平稳性一般一般一般一般较高较高要求的制造精度要求的制造精度高高较高较高一般一般噪音噪音较大较大大大小小干燥滚筒内腔分为三个结构分区：干燥滚筒内腔分为三个结构分区：第一区段为进料区；第二区段为干燥区第一区段为进料区；第二区段为干燥区 ；第三区段为卸料区。；第三区段为卸料区。

7、 干燥滚筒内的料帘示意图干燥滚筒内的料帘示意图3 3热骨料提升机热骨料提升机 其功能是把从干燥滚筒中卸出的热骨料提升到一定高度，送入其功能是把从干燥滚筒中卸出的热骨料提升到一定高度，送入筛分装置内，通常采用链斗式提升机。筛分装置内，通常采用链斗式提升机。4. 4. 骨料筛分及贮料装置骨料筛分及贮料装置 热骨料筛分机的功能是将经过热骨料筛分机的功能是将经过加热烘干后合在一起的骨料按粒加热烘干后合在一起的骨料按粒径大小重新分离成几种不同的规径大小重新分离成几种不同的规格，以便在搅拌之前进行精确的格，以便在搅拌之前进行精确的计量。计量。 搅拌设备中多采用振动筛。搅拌设备中多采用振动筛。 筛分装置通常

8、安装在密闭的箱筛分装置通常安装在密闭的箱体内，以防止灰尘散逸。并且筛体内，以防止灰尘散逸。并且筛箱与除尘管道相通。箱与除尘管道相通。5 5矿粉贮存及供给装置矿粉贮存及供给装置6 6沥青贮存及供给装置沥青贮存及供给装置 矿粉贮存及供给装置矿粉贮存及供给装置主要由主要由矿粉贮存仓、回收粉贮存仓、矿矿粉贮存仓、回收粉贮存仓、矿粉称量螺旋输送机、回收粉称量粉称量螺旋输送机、回收粉称量螺旋输送机构成。螺旋输送机构成。 沥青贮存及供给装置沥青贮存及供给装置主要由主要由导热油加热装置、沥青储罐、沥导热油加热装置、沥青储罐、沥青泵、阀门、管道及附件构成。青泵、阀门、管道及附件构成。 7 7称量称量搅拌系统搅拌

9、系统8. 8. 成品料输送贮存装置成品料输送贮存装置设置成品料仓的目的：设置成品料仓的目的：（1 1）提高搅拌设备生产效率，提高搅拌设备生产效率，加速运输车辆周转；加速运输车辆周转；（2 2）满足小批量用户需求，减满足小批量用户需求，减小频繁开机停机小频繁开机停机 （3 3）对于滚筒式搅拌设备，由对于滚筒式搅拌设备，由于成品料出口高度低，用来解于成品料出口高度低，用来解决成品料的装车问题。决成品料的装车问题。9 9除尘系统除尘系统1 1）一级除尘器）一级除尘器 在引风机的作用下，气流在引风机的作用下，气流以切向进入一级离心除尘器，以切向进入一级离心除尘器，粉尘在离心力的作用下被分离。粉尘在离心

10、力的作用下被分离。收集到的粗灰通过螺旋输送机收集到的粗灰通过螺旋输送机送到热料提升机。送到热料提升机。2 2）二级布袋除尘器）二级布袋除尘器 二级除尘器采用布袋除尘二级除尘器采用布袋除尘器，其集尘装置为纤维织物做器，其集尘装置为纤维织物做成的过滤袋，若干条布袋用骨成的过滤袋，若干条布袋用骨架撑开将除尘箱的内腔分隔。架撑开将除尘箱的内腔分隔。1010电气控制系统电气控制系统 主要由主要由四个基本系统四个基本系统构成：设备供电及起停控制子系统；燃构成：设备供电及起停控制子系统；燃烧及温度控制子系统；配料及物料输送子系统；计算机监督及控烧及温度控制子系统；配料及物料输送子系统；计算机监督及控制子系统

11、。制子系统。机械本体与机械本体与执行机构执行机构燃烧及温度燃烧及温度控制系统控制系统计算机监督计算机监督控制系统控制系统设备供电及设备供电及起停控制系统起停控制系统物料配料及物料配料及输送控制系统输送控制系统 沥青混凝土搅拌设备的主要性能是额定生产沥青混凝土搅拌设备的主要性能是额定生产率，它是指沥青混凝土搅拌设备在标准工况下的率，它是指沥青混凝土搅拌设备在标准工况下的生产能力，即标准工况下，每小时生产沥青混合生产能力，即标准工况下，每小时生产沥青混合料的重量（料的重量（t t）。）。 标准工况是指环境湿度标准工况是指环境湿度2020，标准大气压，标准大气压，矿料集料的规格符合规范要求，且矿料集

12、料的平矿料集料的规格符合规范要求，且矿料集料的平均含水量为均含水量为5 5%，沥青混凝土出料温度为，沥青混凝土出料温度为140140。第三节第三节 混凝土搅拌设备总体设计混凝土搅拌设备总体设计1 1）根据市场要求，确定沥青混凝土搅拌设备是采用强制作业式的根据市场要求，确定沥青混凝土搅拌设备是采用强制作业式的生产工艺还是采用滚筒连续作业式的生产工艺。生产工艺还是采用滚筒连续作业式的生产工艺。2 2）根据用户对设备机动性能的要求，确定产品是采用移动式结构根据用户对设备机动性能的要求，确定产品是采用移动式结构型式还是固定式结构型式。型式还是固定式结构型式。在市场调研的基础上，根据用户的需求而确定。在

13、市场调研的基础上，根据用户的需求而确定。1设备型式的选择设备型式的选择2. 额定生产率的确定额定生产率的确定1000zjjmNQTN3600pcmztttT总体设计的内容：总体设计的内容：第四节第四节 主要工作装置的设计与选型主要工作装置的设计与选型 主主 要要 内内 容容干燥滚筒的设计与计算干燥滚筒的设计与计算搅拌器的设计与计算搅拌器的设计与计算除尘除尘集尘装置的选择与计算集尘装置的选择与计算1. 1. 干燥滚筒基本参数的确定干燥滚筒基本参数的确定 结构参数结构参数：容积：容积V(m3)、长度、长度L(m)和直径和直径D(m)、安置角、安置角 运动参数：运动参数：转速转速 n（r/min）一

14、、干燥滚筒的设计与计算一、干燥滚筒的设计与计算AQAWV/ 确定干燥滚筒容积确定干燥滚筒容积, ,可根据水分的小时蒸发率（可根据水分的小时蒸发率（1m1m3 3滚筒容积在滚筒容积在1h1h内所蒸发水分的重量）来计算。内所蒸发水分的重量）来计算。 蒸发率可根据试验数据来估算，一般为（蒸发率可根据试验数据来估算，一般为（125175 ）kg/( m3h)。 滚筒长度可根据骨料在滚筒内的移动情况和所需停留时间来确定。滚筒长度可根据骨料在滚筒内的移动情况和所需停留时间来确定。 tghABcpDhcp6 . 0znttghLcp 滚筒的滚筒的D D值与值与L L值的关系为值的关系为 干燥滚筒的转速干燥滚

15、筒的转速 RKn7/14/1/LDK工况系数，慢速转动工况系数，慢速转动,810；快速转动；快速转动,14 16；中等转速；中等转速,1014。321WWWWZBZBZBnRnRv105.030/ZBWvPp 克服阻力克服阻力W1 、W2 、W3所需的圆周力所需的圆周力p 驱动齿圈的圆周速度驱动齿圈的圆周速度vZB(m/s) p 干燥滚筒驱动所需功率干燥滚筒驱动所需功率P（kW）干燥滚筒在工作时要克服下列阻力：干燥滚筒在工作时要克服下列阻力：滚筒内材料的提升阻力滚筒内材料的提升阻力W1，滚筒旋转时滚圈沿支承滚轮的滚动摩擦阻力滚筒旋转时滚圈沿支承滚轮的滚动摩擦阻力W2，支承滚轮销轴摩支承滚轮销轴

16、摩擦阻力擦阻力W3。2. 2. 干燥滚筒的驱动功率计算干燥滚筒的驱动功率计算1、滚筒内材料的提升阻力、滚筒内材料的提升阻力W1ZBMRWbGM11ZBMRbGW/1可根据材料提升时作用在筒上的力矩平衡式求得可根据材料提升时作用在筒上的力矩平衡式求得 筒内材料的重力：筒内材料的重力： gLDGMM421)1)慢速转动干燥滚筒慢速转动干燥滚筒)12/(3Sax hRhRa83.22239 .183.23232hRhRhahSRRxb)77. 07 . 0(sinsinZBMRRGW/75. 01RhRhhRhRhRhRx8.2266.229.112)83.2(332)2)快速转动干燥滚筒快速转动干

17、燥滚筒02222)(pCBHtRrRpoCBHtRr1223334BHBHrRrRb当M180时，223312303034BHBHZBMrRrRKggRGW对于快速转动的烘干筒，材料的总质量对于快速转动的烘干筒，材料的总质量可以分为可以分为提升料的质量提升料的质量和和下落料的质量下落料的质量 KggGtGGMpoMMp23030.2.滚圈沿滚轮的滚动摩擦阻力滚圈沿滚轮的滚动摩擦阻力W2)cos/()(pMzGGpcos)(12ZBHMrRkrRGGWcos)(023ZBMMrRrkRGGW3.支承滚轮销轴内的摩擦阻力支承滚轮销轴内的摩擦阻力W3 coscos2cos2pMzGGppl 换算到驱

18、动元件半径上的滚圈沿换算到驱动元件半径上的滚圈沿支承滚轮滚动的摩擦阻力支承滚轮滚动的摩擦阻力 l 换算到驱动元件半径上的支承滚轮换算到驱动元件半径上的支承滚轮销轴摩擦阻力销轴摩擦阻力 练习题练习题简述沥青混合料搅拌设备中干燥滚筒的主要作简述沥青混合料搅拌设备中干燥滚筒的主要作用，并说明滚筒内腔叶片的分区及结构特点。用，并说明滚筒内腔叶片的分区及结构特点。干燥滚筒的功能干燥滚筒的功能是将冷骨料加热脱水并升温到必要工作温度，是将冷骨料加热脱水并升温到必要工作温度，以保证级配骨料的计量精确度以及便于沥青更好地裹敷骨料，以保证级配骨料的计量精确度以及便于沥青更好地裹敷骨料，使成品料具有良好的摊铺性能。

19、使成品料具有良好的摊铺性能。干燥滚筒内腔叶片分为三个结构分区。干燥滚筒内腔叶片分为三个结构分区。第一区段第一区段为进料区，为为进料区，为了使骨料能够快速的进入干燥滚筒内部，常采用螺旋线形叶片。了使骨料能够快速的进入干燥滚筒内部，常采用螺旋线形叶片。第二区段第二区段为骨料的干燥区，又具体分为对流区和燃烧区。其中，为骨料的干燥区，又具体分为对流区和燃烧区。其中，对流区采用勺状叶片，使骨料能被提升至一定高度后抛下，形对流区采用勺状叶片，使骨料能被提升至一定高度后抛下，形成均匀的料帘，从而与热气流充分接触而加速干燥；燃烧区采成均匀的料帘，从而与热气流充分接触而加速干燥；燃烧区采用盒状叶片，保证骨料能够

20、随滚筒周向转动，以避免阻挡火焰，用盒状叶片，保证骨料能够随滚筒周向转动，以避免阻挡火焰，降低燃烧效率。降低燃烧效率。第三区段第三区段为卸料区，该工作区内叶片的设置主为卸料区，该工作区内叶片的设置主要是为了防止骨料受热辐射产生过热现象。要是为了防止骨料受热辐射产生过热现象。二、搅拌器的设计与计算二、搅拌器的设计与计算 叶桨式搅拌器是沥青混凝土搅拌设备的核心装置。叶桨式搅拌器是沥青混凝土搅拌设备的核心装置。 在搅拌器内，把按一定配合比称量好的砂石料、矿粉和沥青，均在搅拌器内，把按一定配合比称量好的砂石料、矿粉和沥青，均匀搅拌成所需要的成品料匀搅拌成所需要的成品料沥青混凝土混合料。沥青混凝土混合料。

21、逆流排列逆流排列 围流排列围流排列搅拌叶片排列形式搅拌叶片排列形式桨叶横向搅拌强度系数桨叶横向搅拌强度系数 tgtgbbbbbbKPR0200212222maxsinsinsinSSKP1.1.拌和桨叶对转轴安装角的选择拌和桨叶对转轴安装角的选择若桨叶对转轴安装成某一角度时，若桨叶对转轴安装成某一角度时， 可以使混合料既发生纵向循可以使混合料既发生纵向循环，又发生横向循环，搅拌是强烈的，则此角为最佳安装角。环，又发生横向循环，搅拌是强烈的，则此角为最佳安装角。桨叶纵向搅拌强度系数桨叶纵向搅拌强度系数cossin)sinsin(sincos3320PRPKKK分析所得公式表明，当分析所得公式表明

22、，当=55=557070时，时，=31=314040。实际中，桨叶的安装角为实际中，桨叶的安装角为=45=45，略大于最佳值。当，略大于最佳值。当=45=45时，横向循环速度较小，而纵向循环速度较大，这仅对长搅拌时，横向循环速度较小，而纵向循环速度较大，这仅对长搅拌器是合理的，其搅拌壳体长和宽之比大于器是合理的，其搅拌壳体长和宽之比大于1 1。 矿料按搅拌器壳体分布的原始不均匀性，是与热料斗、矿料和矿粉矿料按搅拌器壳体分布的原始不均匀性，是与热料斗、矿料和矿粉计量斗相对搅拌器壳体的布置、计量斗斗门的结构及其相对搅拌器壳体计量斗相对搅拌器壳体的布置、计量斗斗门的结构及其相对搅拌器壳体的布置以及搅

23、拌器壳体的形状有关。的布置以及搅拌器壳体的形状有关。2. 2. 混合料各成分按份料容积均匀分布时间的确定混合料各成分按份料容积均匀分布时间的确定允许配量偏差值，一允许配量偏差值，一般规定为：对矿料和般规定为：对矿料和矿粉，矿粉，M=M=3%3%；对；对沥青，沥青，=1.5%1.5%。实验表明，为了获得实验表明，为了获得各成分沿每份拌料容各成分沿每份拌料容积合格的均质分布，积合格的均质分布，对纵向布置的搅拌对纵向布置的搅拌，需要拌浆轴旋转约需要拌浆轴旋转约150150160160次；次；对横向布置的搅拌对横向布置的搅拌，仅在拌浆轴旋转仅在拌浆轴旋转35354040次时，混合料就达次时，混合料就达

24、到要求的均质。到要求的均质。3. 3. 拌浆轴转速确定拌浆轴转速确定当混合料相对拌桨轴的抛掷总高度当混合料相对拌桨轴的抛掷总高度h h1 1等于（等于（1.3）R R， 下落高度下落高度h h2 2= =（1.5）R R时，将形成足够扩展的沸腾层，而桨叶端部的圆周时，将形成足够扩展的沸腾层，而桨叶端部的圆周速度将等于或大于混合料颗粒的下落速度，即速度将等于或大于混合料颗粒的下落速度，即gtRvvocl或2/22gth gRght)36 . 2(22RggRRg)73. 161. 1 () 36 . 2(RgRgn)5 .163 .15(105. 073. 1

25、61. 1105. 0cos2RaWRaW)53. 141. 1 (RaRbWK)53. 341. 3(2RblKK)53. 341. 3(zmaW根据根据aW选择齿轮参数选择齿轮参数3)10/(cmzjmR4. 4. 叶桨式搅拌器参数确定叶桨式搅拌器参数确定桨叶高桨叶高h(m)和宽和宽b（m）：）：沥青自流或在不大压力（沥青自流或在不大压力（0.30.4Mpa）下喷洒，则下喷洒，则h=0.5R，b=0.42R；当沥青在大压力（当沥青在大压力（1.52Mpa）下送入搅）下送入搅拌器时，则拌器时，则h=0.35R，b=0.57R。搅拌器壳体长取决于桨叶参数及其个数搅拌器壳体长取决于桨叶参数及其个

26、数ZL) 1)(cos(cos21LkZlbbll5. 5. 搅拌器驱动功率计算搅拌器驱动功率计算 理论计算法理论计算法 理论阻力公式理论阻力公式2gFvCPf在浆叶上取单元面积在浆叶上取单元面积dF=bdxdF=bdx，离旋转轴中心距离为离旋转轴中心距离为x x222xgbdxgdFvdp)(322222rRgbdxxgbpRrRrxdppx03344442043)(4rRrRrRbgpx)(4000100044201rRbgpvPZPP12 经验公式法：经验公式法： 当当mz1400kg时，时，zmP036. 0zmP018. 030 当当mz1400kg时，时， 相似理论法：相似理论法：4 . 13 . 04 . 09 . 131. 021cos)(gndZmmdldFAAPz三、三、 除尘除尘集尘装置的选择与计算集尘装置的选择与计算当沥青混合料拌和设备工作时，要产生大量的粉尘，最大量的粉当沥青混合料拌和设备工作时，要产生大量的粉尘，最大量的粉尘是从烘干筒中排出，其量为尘是从烘干筒中排出，其量为6%6%8%8%的砂料量，则废气的含尘量相的砂料量，则废气的含尘量相应为应为300300400g/m400g/m3 3。废气排于大气中的含尘量不应超出。废气排于大气中的含尘量不应超出150mg/m1